Shotpeening

Das Kugelstrahlen oder Kugelstrahlverfestigen ist ein Anwendungsgebiet des Strahlens nach DIN 8200. Die übrigen Anwendungsbereiche sind das Oberflächenveredelungsstrahlen, Strahlspanen, Reinigungs- sowie das Umformstrahlen. Der Name Kugelstrahlen lässt sich auf die Verwendung von kugeligem Strahlmittel zurückführen.

Kugelstrahlen ist eine Oberflächenbehandlung. Dabei werden mittels Schleuderrad-, Druckluft-, oder Injektor-Strahlanlagen kleine Strahlmittelkörner mit hoher Geschwindigkeit gegen die zu behandelnde Oberfläche (Strahlgut) geschleudert. Bedingt durch die hohe Geschwindigkeit und den hohen Luftdruck (bis ca. 10 bar, normalerweise 2-5 bar) in der Leitung wird das Strahlmittel beschleunigt und zum Aufprall auf der zu bearbeitenden Oberfläche (Strahlgut) gebracht. Dadurch werden künstlich Fehler (Fehlstellen) ins Atomgitter eingebracht, die eine Volumenvergrößerung und damit Druckeigenspannungen hervorrufen. (Es wird auf der Zugseite eines Werkstückes kugelgestrahlt, um Druckeigenspannungen zu erzeugen, die dann wiederum den Zugspannungen entgegenwirken).

Beim Kugelstrahlen tritt der Aspekt der Einbringung von Druckeigenspannungen, um die Dauerfestigkeit des Werkstoffes zu steigern, in den Vordergrund. Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass Risse, z. B. durch Korrosionsermüdung, nie in einer Schicht von Druckeigenspannung entstehen. Die gesteigerte Korrosionsbeständigkeit und die Vergrößerung der Oberfläche, die z. B. beim Verkleben von Bauteilen eine wichtige Rolle spielt, sind zwei Gründe, die zum verbreiteten Einsatz des Strahlens beitragen.

Ein großer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass durch falsche Prozessführung (z. B. zu hoher Druck, zu geringer Abstand vom Strahlgut) eine Schwächung des Bauteils hervorgerufen werden kann. Eine mögliche Folge daraus ist eine verkürzte und/oder verringerte Dauerfestigkeit und Biegewechselfestigkeit des Werkstückes. Um diesem entgegen zu wirken, wurden seit Entwicklung des Verfahrens (ca. 1935) verschiedene Prüfmechanismen wie z.B. Almenintensität oder Deckungsgradkontrolle eingeführt, die sich bei fachgerechter Anwendung bewährt haben.

Das Kugelstrahlverfestigen wird schon lange in der Luftfahrtindustrie für Komponenten von Triebwerken genutzt, hält aber inzwischen auch in anderen Branchen Einzug, wie z. B. im Motoren- oder Getriebebau.

Als Weiterentwicklung des Kugelstrahlens wurde das Laserpeening entwickelt. Hierbei werden besonders tiefe Druckeigenspannungen impliziert um die Bauteillebensdauer zu erhöhen.

Auch bei der Sanierung von Fußböden und im Beschichtungsbereich wird das Kugelstrahlverfahren eingesetzt.

Wichtig beim Kugelstrahlen ist eine sichere Prozessführung, um die positiven Eigenschaften der Druckeigenspannungen und reproduzierbare Qualitäten zu erhalten. Beim derzeit gängigen Verfahren hierbei wird ein kleines Plättchen aus gehärtetem Stahl ein sog. Almenplättchen beschossen. Aus der Krümmung des Plättchens kann man Rückschlüsse auf den Strahlprozess ziehen. Problematisch hierbei ist, dass für diese Messung der eigentliche Strahlprozess unterbrochen werden muss. Bei einem neueren Verfahren, das vom Kugelstrahlzentrum Aachen entwickelt wurde wird die Geschwindigkeit des Strahlmittels mittels einer Doppellichtschranke vor der Strahldüse gemessen.

Weblinks

Laserpeening